高精度星敏感器星点光斑质心算法

高精度星敏感器星点光斑的质心精度是星敏感器整体精度的基础,它需要达到角秒级的量级。因此,提出了一种基于亚像元相关法的星像质心算法。这种算法是利用互相关匹配实现图像定位的原理,将星像质心定位到亚像素上来提高质心精度。它可以克服由于系统误差和图像采集所带来的误差。根据系统的光学参数设计以及星像的光谱、亮度及其在视场中的位置特征,仿真得到点列图模型,针对视场内与光轴的不同夹角仿真制作一系列亚像元理想模板,然后对星像加高斯随机噪声,把有随机噪声的星像与理想星像进行相关运算来求星像质心精度。通过仿真实验,得到相关法具有较高的星像质心精度,定位精度可以优于1/12个像素的量级。

GRACE星体和SuperSTAR加速度计的质心调整精度对地球重力场精度的影响

本文利用改进的能量守恒法开展了GRACE星体和星载加速度计检验质量的不同质心调整精度影响地球重力场精度的模拟研究论证.结果表明:第一,在120阶处,当质心调整精度设计为0 m,恢复累计大地水准面精度为17.616 cm;当质心调整精度分别设计为5×10^(-5)m、1×10^(-4)m和5×10^(-4)m时,恢复精度各自降低至18.106 cm、19.033 cm和27.329 cm.第二,以德国GFZ公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型的实测累计大地水准面精度为标准,当质心调整精度设计为(5～10)×10^(-5)m时,其和K波段星间测量系统、GPS接收机、SuperSTAR加速度计、恒星敏感器等GRACE核心载荷的精度指标相匹配,对地球重力场恢复精度的影响较小.因此建议我国将来研制的首颗重力卫星的星体和星载加速度计检验质量的质心调整精度设计为(5～10)×10^(-5)m较优.

像素位置偏差对质心定位精度的影响

为提高微型星敏感器的质心定位精度,提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法,并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下,当像素位置偏差服从(-0.02,0.02)上的均匀分布时,补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N(0,5.52)的高斯白噪声,当像素位置偏差服从(-0.02,0.02)上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel;当像素位置偏差服从(-0.04,0.04)上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel,提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用,为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。

高精度星相机光学系统像质评价及实现

高精度星相机光学系统是实现高性能星相机的关键技术.从工程实际出发,梳理星相机光学系统像质评价的指标,重点论述星点质心位置指标分解、光学系统评价指标分解过程.分析认为星相机光学系统设计过程中需关注质心位置偏差和质心位置与理想像高的偏差、温度分析需兼顾均匀温升及梯度温度变化.给出一个继承于双高斯结构形式的设计实例,结合像差理论进行消热设计和畸变控制,分析不同温度条件下不同类别恒星的质心位置一致性.设计结果表明该光学系统可满足高精度星相机指标要求.

优化夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测方法研究

夏克哈特曼波前传感器的光斑质心探测精度对光学系统的波前检测至关重要。研究了质心探测误差的来源,提出了一种子光斑自动优化探测窗口法结合基于自适应阈值分割的强度加权质心算法的方法。讨论了该方法中窗口大小、质心算法对光斑质心精度的影响,并通过仿真和实验分析了算法的质心探测精度对噪声影响的鲁棒性。实验结果表明:当信噪比高于4时,自适应光斑质心算法质心定位的平均探测误差为0.058 pixel,相对于传统算法降低了约40%;将该探测方法运用至夏克哈特曼波前传感器中,与传统质心探测法相比,最大质心偏移量由传统方法的0.92 piexl下降至0.2 piexl。证明了算法的稳定性和探测精度。

双线阵测绘相机视轴抖动实时测量

本文建立了一个航天线阵测绘相机视轴测量模型,以实现对双线阵测绘相机视轴抖动的实时测量。首先,通过在相机焦平面两端设置激光收发装置,经由中央棱镜关联,构建了两台相机之间的夹角参数变化测量模型。接着,基于双矢量定姿原理推导了计算表达式,可以实现相机焦距及绕XYZ三轴变化量的高精度测量。对计算方法的误差进行了分析,并通过仿真进行了验证。此外,还对本文提出方法与工程上常用的简化方法之间的残差进行了仿真,结果表明,简化方法仅在很小的测量范围内与本文提出方法一致性良好,当测量角度范围扩大到2′时,采用本文提出的计算方法才能得到精度为0.1″的测量结果。最后,在热真空环境下进行了试验验证,结果显示采用该计算方法得到的相机内外参标定精度达0.1″,结果表明两台相机夹角参数表现出轨道周期性规律,为后续开展立体测绘任务提供了良好的参考。

星敏感器曝光时间的优化

星敏感器曝光时间是影响星敏感器星点定位精度的因素之一。建立星敏感器星点像移模型和CCD噪声影响模型,分析了星点质心定位精度与曝光时间的关系,并以CCD47-20为例,对星敏感器的曝光时间进行了优化。结果表明:对于6.5等星,当星点光斑像移速度为4.67pixels/s时,采用5×5窗口的亚像元质心算法,亚像元质心算法精度随曝光时间的延长而降低,CCD噪声对星点质心定位精度的影响随曝光时间的增加而减小;星敏感器的最佳曝光时间为200ms,此时的星点质心定位精度优于1/50pixel。

光斑图抑噪预处理的方法研究

为了提高光斑的质心探测精度,要对采集的光斑图在质心位置确定之前进行抑噪预处理,采用5种常用的图像处理方法对光斑图进行抑噪处理。仿真和实验结果表明,两种非线性滤波算法效果最好,极大地提高了质心探测精度,为波前相位探测中的数据处理提供了有益的参考。

三维设计软件在卫星电缆网协同设计中的应用

针对当前商业卫星研发中存在的周期、成本和装配等几个主要问题,提出了一种电缆网三维建模方法,此方法将电缆网的研发和卫星装配有效结合起来。结果表明:此方法的应用缩短了卫星研制周期,提高了卫星线束长度精度、装配效率以及卫星电缆网的质量估算精度等。实现了商业卫星电缆网的三维快速协同设计。

空间光学敏感器像素位置精确测量技术发展现状

为提高空间指向测量仪器的精度,满足极高测量精度的任务需求,图像传感器像素位置偏差对星点质心定位精度的影响不容忽视.激光干涉法是目前国内外对像素位置偏差进行测量的主流方法.文章对图像传感器像素位置偏差的成因及影响进行说明,对国内外开展的激光干涉测量像素位置偏差技术进行介绍与整理,对像素位置偏差测量技术遇到的关键问题,技术难点及其未来发展趋势进行梳理和总结.